بررسی انواع فیلامت های پرینتر سه بعدی FDM

بررسی تفاوت فیلامنت ها

با توجه به گستردگی انواع فیلامنت ها و تنوع مدل ها و شرکت های تولیدکننده آن، انتخاب درست فیلامنت مصرفی برای پرینتر FDM دشوار به نظر می‌آید. علاوه بر این، مدل‌های جدیدی از فیلامنت ها نیز روانه بازار می‌شود. در نتیجه آگاهی از ویژگی ها و تفاوت فیلامنت ها ضروریست، تا با مقایسه فیلامنت ها مورد کاربرد صحیح هر کدام را بدانیم. در این میان، فیلامنت ABS و فیلامنت PLA دو نوع پرکاربرد و با سابقه در پرینت سه بعدی FDM هستند. چندین سال است که اکثر تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان از این دو مدل بهره برده‌اند. اما با گذشت زمان، بخشی از کاربران به استفاده از مواد جدیدتر روی آورده‌اند.

در این مقاله قصد داریم تا به بررسی انواع فیلامنت های پرکاربرد در پرینتر های سه بعدی FDM بپردازیم. در نتیجه خواهیم توانست بهترین انتخاب را از نظر مشخصات فیزیکی و ظاهری برای پیاده سازی طرح خود داشته باشیم. فیلامنت هایی که مورد بررسی قرار خواهیم داد عبارت است از: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU, PC

روش مقایسه فیلامنت ها

مهم‌ترین شاخصه‌ ها در تفاوت فیلامنت پرینتر سه بعدی را می‌توان عملکرد مکانیکی، کیفیت بصری و قابلیت پردازش آن دانست. در این مقاله ما این سه مورد را ریزتر کرده و با نمودار گرافیکی به مقایسه فیلامنت ها می‌پردازیم. البته به جز موارد زیر، عواملی مهمی همچون هزینه، مقاومت در برابر رطوبت، سمی بودن از نظر مجاورت در برابر مواد غذایی و … هستند که در نمودار ویژگی نیامده‌اند.

• پرینت پذیری (Ease of Printing): اینکه چه مقدار پرینت ما از نظر چسبندگی به صفحه، سرعت پرینت، صحت در پرینت، دقت خروجی نازل و … ساده است و به درستی صورت می‌گیرد.
• کیفیت بصری (Visual Quality): چه مقدار سطح خارجی پرینت ما چشم‌نواز تر و صیقلی‌تر است.
• بیشترین تنش (Max Stress): بیشترین فشاری که قطعه تحت کشیدگی می‌تواند تحمل کند.
• کشیدگی در شکستن (Elongation at Break): بیشترین طولی که قطعه در زمان شکستن کش می‌آید.
• مقاومت ضربه‌ای (Impact resistance): انرژی که نیاز است تا قطعه توسط ضربه ناگهانی شکسته شود.
• چسبندگی لایه‌ای (Layer adhesion): میزان چسبندگی لایه ها به یکدیگر در همه جهات.
• مقاومت گرمایی (Heat resistance): بیشترین گرمایی که قطعه می‌تواند تحمل کند، قبل از اینکه نرم و دفرمه شود.

انواع فیلامنت ها

در ادامه به بررسی انواع فیلامنت های پرکاربرد شامل فیلامنت PLA، فیلامنت ABS، فیلامنت PETG، فیلامنت Nylon، فیلامنت TPU و فیلامنت PC می‌پردازیم. ویژگی های چندگانه در قالب توضیح داده شده، برای هر فیلامنت آمده است و می‌توان به راحتی صفات آنها را مورد بررسی قرار داد. همچنین نقاط قوت و ضعف هر فیلامنت را مورد بررسی قرار گرفته است.

فیلامنت PLA

فیلامنت PLA یا Polylactic Acid معروف ترین و آسان ترین پلیمر برای پرینت سه بعدی است. پرینت پذیری بالا به علت دمای پرینت پایین، نیاز نداشتن به بستر گرما و … در کنار کیفیت ظاهری خوب، آن را به انتخاب اول پرینتر های FDM تبدیل کرده است. این فیلامنت از استحکام خوبی برخوردار است، اما شکننده است.

مزایا فیلامنت PLA

• قیمت پایین و دقت پرینت خوب.
• پایه زیستی و تجدید پذیر.
• بدون بو در هنگام چاپ.
• امکان پس پردازش سنباده‌زنی و قابلیت رنگ‌کاری.
• مقاومت خوب در برابر اشعه UV.
• زمان نگه داری بالا.

معایب فیلامنت PLA

• پایین ترین مقاومت گرمایی.
• مقاومت کم در برابر رطوبت.
• به‌ سادگی چسب کاری نمی‌شود.

فیلامنت ABS

فیلامنت ABS یا Acrylonitrile Butadiene Styrene اولین فیلامنتی بود که در پرینتر های سه بعدی مورد استفاده وسیع قرار گرفت. معمولا از فیلامنت ABS زمانی استفاده می‌شود که مقاومت دمایی بیشتر و سختی بالاتری نسبت به دیگر فیلامنت ها مثل PLA مورد نظر باشد.

مزایا فیلامنت ABS

• مقاومت گرمایی و فیزیکی بالا.
• مقاومت خوب در برابر سائیدگی.
• امکان پس پردازش سنباده‌زنی و قابلیت رنگ‌کاری.
• امکان پس پردازش با بخار استون برای ایجاد سطوح صیقلی و براق.
• امکان استفاده از استون به عنوان ماده چسبنده قطعات ABS.

معایب فیلامنت ABS

• پرینت پذیری پایین به علت تاب خوردن، خم شدن و … .
• نیاز به بستر گرمایی و قاب هنگام پرینت.
• بو نامطلوب هنگام پرینت سه بعدی و ساطع شدن بخار.
• مقاومت کم در برابر اشعه UV.

فیلامنت PETG

فیلامنت PETG یا Glycol Modified Polyethylene Terephthalate و مشابه آن PET خواصی بین فیلامنت ABS و PLA دارد. از طرفی مقاومت گرمایی و استحکام بهتر از PLA، اما پایین تر از ABS دارد و همچنین به اندازه ABS مشکلات پرینت را ندارد. یکی از ویژگی های خاص این فیلامنت، سازگاری با مواد غذایی و غیر سمی بودن آن است.

مزایا فیلامنت PETG

• سازگاری در مجاورت مواد غذایی.
• مقاومت رطوبتی و شیمیایی بالا.
• بازیافت پذیر.
• مقاومت خوب در برابر سائیدگی.
• امکان پس پردازش سنباده‌زنی و قابلیت رنگ‌کاری.

معایب فیلامنت PETG

• سنگین تر از فیلامنت ABS و PLA.
• برخی مشکلات پرینت پذیری.

فیلامنت Nylon

فیلامنت Nylon دارای خواص فیزیکی بسیار خوبی است. در واقع بهترین مقاومت ضربه ای را در میان فیلامنت های غیر انعطاف پذیر دارد. البته در فیلامنت Nylon مشکل چسبندگی لایه ها وجود دارد.

مزایا فیلامنت Nylon

• مقاومت شیمیایی بالا.
• استحکام بالا.

معایب فیلامنت Nylon

• جذب رطوبت.
• امکان ساطع شدن بخار.

فیلامنت TPU

از جمله فیلامنت های انعطاف پذیر فیلامنت TPU یا Thermoplastic Polyurethane و فیلامنت TPE یا Thermoplastic Elastomers است. بیشترین استفاده فیلامنت TPU در ساخت اجسام انعطاف پذیر می‌باشد. البته فیلامنت TPU به همین علت، دارای بیشترین مقاومت ضربه ای است که در این مورد نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایا فیلامنت TPU

• انعطاف پذیری و تعدیل لرزش عالی.
• مقاومت خوب در برابر ضربه و سائیدگی.
• مقاومت خوب در برابر روغن و گریس.

معایب فیلامنت TPU

• مشکل پرینت پذیری.
• دشواری در پس پردازش.
• دشواری در چسب کاری.

فیلامنت PC

فیلامنت PC بهترین استجکام را در میان همه فیلامنت ها دارد. یک جایگزین خوب برای فیلامنت ABS است، زیرا مشخصات شبیه به یکدیگر دارند. مقاومت فیلامنت PC در برخی موارد تا چهار برار فیلامنت PLA نیز می‌رسد.

مزایا فیلامنت PC

• قابلیت استریل کردن.
• سادگی در پس پردازش (سنباده زنی).

معایب فیلامنت PC

• حساس به اشعه UV.